奔騰思潮》新世代核能電廠（李敏）

小型模組化反應爐可以在工廠裡組裝完成，然後以卡車運輸到興建地點。(圖/IAEA)

先看看全球核能發電的現況：2019年全世界有447部機組在33個國家運轉，總表置容量爲3億9744.5萬瓩，2020年總髮電量爲2兆5835.5億度。全世界有51部機組興建中，總裝置容量爲5376萬瓩。運轉中機組有103部已運轉超過40年，美國已有兩座核電廠4部機組拿到80年的運轉執照。目前興建中的核能機組：中國14部、印度6部、韓國4部、俄羅斯與土耳其各3部，美、英、日、阿拉伯聯合大公國、烏克蘭、孟加拉各2部等等。

是否該使用核能或者增加核電的比例，確實是一個見仁見智的議題。依各國的天然環境、自然資源、地緣政治，與政治現實會有不同的結論，各國的核能政策會有很大的差異是可以預期的。核能的使用是一個高度政治化的議題，興建核能電廠需要長時間尋求共識，規劃期冗長，即使有完善的規劃，並不見得能夠順利地興建；即使開工，還有可能因爲政府的更迭而停工。目前的核電廠都是大型機組，功率介於100萬~140萬瓩，投資額度極高，施工期長，有可能無法在規劃投資額度與期程下順利商轉，投資者承擔非常大的資本風險。百萬瓩級的機組，機組龐大而複雜，有很多工作要在場址完成。施工經驗不足、在地包商與反應器供應間對合約的爭執、施工過程品質保證與品質管理的執行缺失、法規管制單位對法規的解釋，都有可能影響工程進度，進度的延遲會增加大的利息負擔，造成電廠投資額度的失控。

過去十餘年有不少成功的核電廠興建案例，但是也有數個讓人膽戰心驚的個案。以法國設計的歐洲壓水式反應器爲例，建在中國台山的機組於2009年10月開始施工，於2018年12月商轉，單機投資額度爲40億歐元（52.5億美元）；但是於2007年12月開始在法國建的同型機組，截至目前爲止尚未商轉，投資額度由33億歐元膨脹至124億歐元；芬蘭的同型機組於2005年8月開始施工，同樣的也未商轉，投資額度由37億膨脹到80億歐元。美國西屋公司最新型壓水式反應器的頭兩個計劃是中國三門與海陽，分別於2009年10月與9月施工，也分別於2018年12月與10月商轉。同型電廠（雙機組）在美國喬治亞州於2013年動工，原先以爲有中國建廠的經驗，電廠在2016與2017年即可商轉，但目前已延遲至2022年與2023年，投資額度由2012年預估的140億美元膨脹爲260億美元。韓國在興建核能電廠的工時掌控上也非常成功，在自己國家建的耗時10年；在阿拉伯聯合大公國的電廠，第一部機耗時9年9個月。如上所述，足夠的建廠經歷是核能電廠興建是否順利最重要的因素，很多國家不願意冒風險投資核能電廠。

面對這個問題，核能界發展小型模組化反應器已有很長的一段時間，有些設計已經開始興建。開宗明義，小型模組化反應器功率低（2萬~30萬瓩）、體積小、重量輕，可以在工廠製造組裝，運到核電廠場址與發電設備進行組合即可發電，能夠避免施工經驗不足、品質保證與品質控制執行缺失、法規遵守爭議等造成工期的延誤。電廠興建多個小型模組化反應器機組，同樣可以大量供電。小型模組化反應器的單位成本可能較傳統大型核電廠爲高，但總投資額較少，由於工期可以掌控，機組可以在預定的時間供電，投資的風險也大幅降低。

小型模組化反應器必須滿足所謂的自守安全，也就是不靠複雜的工程系統，僅靠自然定律就可以防止爐心熔燬事故的發生。換言之，小型模組化反應器更安全。同時機組要具負載追隨的能力，可以隨着電網再生能源的供電情況，調整發電量。換句話說，它可以靈活的與再生能源分工。小型模組化反應器通常也可以長期的不換燃料，大幅減少用過核燃料（核廢料）的產量。有些設計可以在燃料無法臨界時，將反應器拆下運走。核能界也在發展功率低於2萬瓩的微型反應器，可以放在貨櫃車裡移動，那裡需要緊急供電，貨櫃車開到那裡，美國軍方目前在設計此類型反應器。這類型反應器也可用於太空。

小型模組化反應器的設計有上百種，可以說的上是百花齊放。首先誘發核分裂的中子能量可以是快中子或熱中子，快中子反應器可以更有效的使用核燃料。燃料可以選鈾或釷；燃料的型態可以是棒狀、球型、或液態熔鹽；冷卻劑可以選熔鹽、氦、水、液態鈉、或液態鉛；若是熱中子反應器，中子減速材料可以是石墨、重水、普通水；發電方式可以採用氣渦輪機或蒸汽渦輪機。有些設計着重於將核能做更廣泛的使用，例如核能產氫、供熱，海水淡化等。

世界各核能大國幾乎都有自己的設計，有些已經建造完成。英國的UKSMR是小型的傳統壓水式反應器，由著名的汽車製造商勞斯萊斯設計，英國已發佈新聞要開始興建，該公司是英國核子潛艇反應器的製造商；美國能源部撥專款補助與建小型模組化反應器，其中包括NuScale，也類似壓水式反應器，目前已與羅馬尼亞與加拿大談合作開發；中國的玲瓏一號，今年7月14日在海南昌江核電廠正式施工，有人說認爲這是在爲核子動力航空母艦鋪路；中國還有其他的設計，包括使用釷的熔鹽反應器，產氫的高溫氣冷反應器等，社羣媒體上也看到過中國網民對設計的吹噓。比爾蓋茲創立的公司設計的Natrium，是使用納爲冷卻劑的快中子反應器，利用熔鹽來儲熱達到負載追隨的功能。

核能發電燃料體積小、重量輕，運輸貯存方便；即使不添加燃料，亦可長期運轉；核能發電燃料鈾的採購成本佔總發電成本比例低，發電成本穩定，核電廠一旦興建完成，其發電成本較不易受到國際能源價格波動的影響，核能發電不靠燃燒產生能量，故發電時不會造成空污與排放二氧化碳，核能發電對環境的衝擊從總量來看確實是最小的，但由於部分民衆以及環團，出於對於輻射的莫名恐懼，並不認同核能發電是綠能或潔淨能源，但科學證明核能發電是唯一能調控的無碳能源，無庸置疑。這次能源風暴，化石燃料的短缺與價格飆升的震撼，勢必對各國的能源政策有重大的衝擊。蓄勢待發的小型模組化反應器，將躍上開往2050碳中和的列車。

（作者爲國立清華大學原子科學院院長）

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